3/ Module de dissipation 3.1/ Exigences pos ées par les fonctionnements dans les quadrants 2 et 4 Lorsque la machine à courant continu fonctionne dans les quadrants 2 et 4, l échange d énergie s effectue de la charge vers la source électrique. Comme la puissance mise en jeu est faible, il n est pas pertinent d envisager une récupération vers le réseau de distribution EDF. Il est toutefois indispensable de dissiper cette énergie, sinon après blocage des diodes de redressement du pont PD2, elle est stockée dans le condensateur de filtrage dont la tension aux bornes augmente et peut dépasser la valeur maximale admissible pour les composants de puissance du hacheur et pour le condensateur. A cet effet, on utilise un hacheur de freinage constitué d une résistance de freinage Rf et d un transistor MOSFET. Dès que la tension aux bornes du condensateur dépasse le seuil de sécurité, on commande le transistor MOSFET qui insère la résistance Rf en parallèle sur le condensateur afin de pouvoir dissiper l énergie de freinage. 3.2/ Fonctionnement 3.2.1/ Mesure de la tension aux bornes du condensateur Elle s effectue par un pont diviseur et un amplificateur en tension non inverseur (cf fig9). Fig 9 Hacheur de freinage + mesure tension aux bornes du condensat eur Page 22
La relation pour le montage de la figure 9 est : R25 VDC = R153 (1+ R20+ R25 R152 ) Ucondo Il est à noté que l on se fixe une échelle de mesure de 10 V pour 100 V aux bornes du condensateur. 3.2.2/ Commande du hacheur de freinage Considérons le montage de la fig 10. Fig 10 Commande hacheur de freinage Les expressions des seuils de basculement sont définies à partir de la relation V+ = V- ( changement de signe de la tension différentielle ). R151 V + = R132+ R151 R148 R148 R149 Vcc R132 ± + R132+ R151 Vout V = VDC Les valeurs des seuils de basculement sont : V+ = 7.613 Volts (Vout = + 5 V) et 7.978 Volts (Vout = 0 V). V- = VDC. Soit des seuils de basculement au niveau du condensateur : Seuil haut = 79.78 Volts. Seuil bas = 76.13 Volts. Page 23
Nous pouvons à présent représenter l allure des signaux : VDC Seuil Seuil t V(/LIN ) t Q5 ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF Page 24
4/ Le driver IR 2130 4.1/ Commande d un M.O.S.F.E.T à canal N avec source connect ée à la masse Lorsque l on commande un transistor MOSFET dans le but de le rendre conducteur, le potentiel grille source appliqué doit excéder la tension de seuil du composant et atteindre, dans le cas général, une dizaine de volts. On assure alors une résistance RDS (on ) la plus faible possible et en conséquence on diminue les pertes en conduction. Le schéma suivant illustre le principe : HT RL D Vin TTL ou CMOS B Vgs S Une alimentation référencée au 0 volt convient donc pour attaquer en tension le MOSFET 4.2/ Commande d un MOSFET à canal N avec drain connect é à la HT Considérons le schéma suivant : HT D Vgs S RL Pour pouvoir commander le MOSFET, la tension VGS doit atteindre 10 volts. Or si celui-ci conduit, sa source se trouve au potentiel de drain ( + HT ). Donc le potentiel de grille devra dépasser le potentiel de drain de 10 volts. Page 25
De plus, lors des commutations, la source évoluera entre HT et la masse. Il faudra don veiller à appliquer une tension de commande qui n excède pas la tension maximale grille-source, sous peine de détruire le MOSFET. Ce sont tous ces problèmes qui ont conduit International Rectifier à utiliser la technique bootstrap ( d autres techniques existent ). 4.3/ La technique bootstrap La technique bootstrap utilisée dans un montage en demi-pont est montrée par le schéma ci-dessous. HT Dboot Cboot Buffer T1 Charge Basse Tension d alimentatio n +15 V Signal d entrée TTL ou CMOS Changement de niveau T2 Durant le temps où T2 est conducteur, le condensateur C BOOT est chargé à + 15 V ( basse tension d alimentation du circuit ) à travers la diode D BOOT et le transistor T2 dont le drain est pratiquement au potentiel de masse. Lorsque T2 se bloque et que T1 devient conducteur, le point commun ( source T1-drain T2 ) passe du potentiel de masse à celui de + HT ( environ ) et le pôle positif du condensateur C BOOT se trouve porté à un potentiel positif supérieur d environ +15 au + HT ( la diode D BOOT est alors polarisée en inverse et bloquée ). On obtient donc une tension susceptible de maintenir T1 saturé ( la commande complète utilise un buffer et un étage de changement de niveau ). Il faut tout de même ne pas perdre de vue que ce système ne fonctionne évidement qu en commutation puiqu il faut régulièrement recharger C BOOT. Page 26
4.4/ Le circuit IR2130 Ce circuit offre la possibilité de commander trois demi-pont de MOSFETs directement par des niveaux de tension TTL. Il utilise la technique bootstrap. Le circuit tolère une tension d isolement entre la source du MOSFET connecté côté haute tension «highside» et la masse atteignant 600 volts. L IR 2130 supporte une tension maximale de 5 volts en dessous du potentiel 0 volts «groundrail». ma. L étage de sortie «highside» délivre 250 ma et l étage de sortie côté masse «low side» délivre 500 L IR2130 autorise des temps de montée et descente respectifs de 75 et 35 ns typiques sur une charge capacitive de 1000 pf. De plus, il génère un temps mort de 2 µs. Les entrées intègrent des portes logiques à seuil (triggers de Schmitt) et accroissent en conséquence l immunité aux bruits. L IR 2130 dispose d un contrôle de courant Itrip et d un blocage individuel de chaque transistor «high side» en présence d alimentations flottantes trop faibles. De plus, il bloque toutes les sorties au démarrage tant que Vcc n a pas atteint au moins la valeur de 9,8 V, et en cours de fonctionnement, si Vcc venait à descendre en dessous de 8, 8 V. Pour plus de détails, le lecteur se reportera au data sheet No PD.6.019, aux notes d applications AN 978A et AN 985 d International Rectifier. Page 27
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